1. Введение

В настоящее время животноводам требуется более эффективное использование кормов, так как стоимость комбикормов растет. Сельскохозяйственные животные и птица усваивают примерно четверть рациона, так как в зерновых кормах содержатся сложные полисахариды, фитаты и другие вещества, которые их организмы не способны переваривать. Это приводит к снижению производства мяса или яиц и снижению эффективности корма, а также могут вызвать болезни животных.

Кормовые ферменты повышают эффективность производства мяса и яиц за счет улучшения переваримости питательных веществ и улучшения здоровья животных. Но в рамках кормопроизводства такое решение довольно дорогостоящее.

В последние 20 лет фитаза стала самой изучаемой среди кормовых ферментов. Из множества публикаций на долю фитазы приходится более половины. Это обусловлено тем, что её применение в практическом животноводстве чаще других ферментов сопровождалось положительным действием, в результате она оказалась наиболее востребованным ферментом [4]. Целлюлоза, гемицеллюлоза, и другие полисахариды частично перевариваются только у взрослых животных ферментами, вырабатываемыми микрофлорой желудочно-кишечного тракта. Таким образом, чем больше в зерне фитазы и меньше гемицеллюлозы, тем больше увеличивается пищевая ценность зерна.

В связи с этим была поставлена цель — исследование динамики  активности фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий в зернах пшеницы в зависимости от способа их ферментации.

2. Методы и принципы исследования

Исследования проводились в течение 2023 г. сотрудниками Института животноводства и ветеринарной медицины ФГБОУ ВО Приморский ГАТУ. Для исследования были отобраны и подготовлены три образца пшеницы:

1) без ферментации;

2) проращивание в течение 24 часов;

3) лактоферментация (естественное брожение) — ферментация в течение 48 часов при температуре 25-27℃.

Подготовка образцов к ферментации заключалась в очищении зерна от примесей и промывании водой. Первый способ ферментации зерна — это проращивание зерен. Чтобы пшеница начала прорастать, в зерне необходим минимальный уровень влажности 35–45%. Для достижения необходимого уровня влажности зерна пшеницы замачивали водой на 8 часов. При этом вода проходит через микропиле в зерне пшеницы, где она достигает щитка зародыша, чтобы начать прорастать, и продолжает двигаться по зерну, накапливаясь среди семенной кожуры и околоплодника [9].

Второй способ ферментации заключался в том, что зерно замачивали водой при температуре 25–27℃ в течение 48 часов до появления приятного запаха хлебного кваса.  Для сохранения питательных веществ и ферментов по окончании  ферментации как при проращивании, так и при лактоферментации, зерно высушивалось при температуре 38-40℃ до нативного содержания влаги — 12–14%.

Показатели активность фитазы, содержание гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий определяли в  лабораториях ЛИЦ , г. Москва.

3. Результаты и обсуждение

Ферментация зерна злаковых культур может происходить под действием ферментов, содержащихся в клетках самого зерна, или под действием бактерий — лактобактерий, дрожжей и т.д. При смешивании с водой молочнокислые бактерии и дрожжи, естественным образом встречающиеся в различных кормовых ингредиентах, размножатся и производят молочную кислоту, уксусную кислоту и этанол, что снижает рН смеси. Это снижение подавляет развитие патогенных организмов в корме. Кроме того, когда скармливается эта смесь с низким рН, она предотвращает распространение патогенов, таких как колиформы и сальмонелла в желудочно-кишечном тракте [8], [11].

Проращивание зерна — сложный биохимический процесс и очень важно управлять процессом проращивания. Когда зерно попадает во влажные условия и идет в рост, в нем вырабатывается специальный фермент — фитаза — который расщепляет фитиновую кислоту, высвобождая фосфор. Большая часть этого вещества содержится в оболочках зерна. Фитиновая кислота является антинутриентом, будучи устойчивой к пищеварительным ферментам и сокам, она препятствует усвоению важнейших элементов: фосфора, кальция, магния, железа, меди, цинка. Гемицеллюлоза также является антипитательным веществом в кормах для птицы [13].

Как известно, фитазы широко распространены у микроорганизмов, растений и в определенных тканях животных. Где есть фитиновая кислота, есть обязательно и фитаза — фермент, который расщепляет ее. Единица активности фитазы — это количество фермента, который выделяет в свободном состоянии 1 мкМ неорганического фосфора за 1 мин из 5,1 мМ раствора фитата натрия при 37℃ и pH 5,5. Действие фитазы позволяет улучшить доступность фосфора, кальция, аминокислот, а также микроэлементов из солей фитиновой кислоты (фитата) [5], [6]. Фитазная активность пшеницы по данным литературных источников в среднем составляет 1193 ед/кг (915–1581) [1], некоторые авторы сообщают о более низких значениях 508 (от 206 до 775) (Barrier-Guillot, 1994) и 700 ед/кг (Ponitillart, 1994) [7], [12]. При этом значимым фактором, влияющим на этот показатель был сорт пшеницы [7].

Результаты наших лабораторных исследований представлены в таблице 1.

Наибольшая  активность фитазы оказалась в зерне после проращивания — 491 ед/кг, наименьшая — в зерне после лактоферментации — 164 ед/кг. Можно предположить, что такое снижение активности фитазы вызвано действием лактобактерий. Это согласуется и с рекомендациями исследователей, что один  из лучших способов нейтрализовать действие фитиновой кислоты — это ферментация. Доказано, что в цельнозерновом хлебе на закваске, тесто для которого ферментировалось около 8 часов, практически не остаётся фитиновой кислоты, в то время как в дрожжевом ее остается от 40 до 80% [2], [10].

При этом, несмотря на более высокое содержание молочнокислых бактерий в пророщенном зерне по сравнению с зерном, прошедшим лактоферментацию, активность фитазы повысилась. Это согласуется с результатами исследований рядом авторов. Так, в сухом состоянии зерна злаковых культур имеют относительно низкие уровни активности фитазы, но активность фитазы существенно повышается во время проращивания. Установлено, что уровни активности ферментов варьируются в зависимости от условий проращивания. Повышение активности фитазы в 3–10 раз было обнаружено в пшенице при проращивании в течение 4–5 дней при температуре от 15 до 25℃. Однако после достижения максимума активность фитазы снижается относительно быстро. Такое же действие наблюдается и с содержанием гемицеллюлозы при проращивании. Результат наших исследований показал, что необходимо откорректировать условия проращивания пшеницы для активации фитазы и снижения гемицеллюлозы, так как контролируемое проращивание пшеницы (повышение/понижение температуры замачивании и/или проращивания, продолжительность проращивания) позволяет создать оптимальные условия для действия фитазы [3].

4. Заключение

По результатам проведенных исследований установлено, что на активность фитазы, содержания гемицеллюлозы и молочнокислых бактерий  влияет способ ферментации. Учитывая, что активность фитазы проявляется при наличии фитиновой кислоты, наилучший результат оказался в зерне после лактоферментации, так как снижение активности фитазы составило 317 ед/кг, а уменьшение гемицеллюлозы на 5,1%, а при проращивании в течение 24 ч, наоборот, произошло увеличение на 10 ед/кг и 3,7%, соответственно. Повышение содержание гемицеллюлозы и активности фитазы в пророщенном зерне связано с естественным процессом прорастания зерна и в связи с этим необходимо откорректировать условия процесса  проращивания для инактивации фитиновый кислоты и активизациии фитазы в проростках пшеницы. Как при проращивании, так и при лактоферментации проявилось развитие молочнокислых бактерий, и их содержание составило 3,0*106 и 2,4*104 КОЕ/г, соответственно.

The additional file for this article can be found as follows: